Модуль 13. Стропильные фермы и шпренгельные системы

Фермой называется стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой после условной замены ее жестких узлов шарнирами. Фермы относятся к классу сквозных конструкций, в которых пояса соединены между собой не сплошной стенкой, как у балок, а решеткой, состоящей из отдельных стержней - раскосов и стоек.

Деревянные фермы применяются, как правило, в статически определимых системах, как в отношении опорных закреплений, так и схемы решетки. Несущая способность статически определимых ферм зависит от прочности и устойчивости любого стержня, разрушение которого может вызвать потерю устойчивости и разрушение всей конструкции, вследствие этого к качеству материалов для изготовления ферм предъявляются повышенные требования. Фермы проектируют с минимально возможным числом узлов. Деревянные фермы бывают треугольные, прямоугольные, трапециевидные, сегментные и многоугольные. В фермах различают верхний и нижний пояса, раскосы и стойки. В современном строительстве применяются следующие типы ферм:

- трапециевидные и сегментные - под рулонную кровлю;

- треугольные - под кровлю из волнистых асбестоцементных листов, стальную, черепичную и другие подобные кровли с уклонами 1/3,1/4.

Пролеты ферм составляют: 9...21 м (45 м) - для треугольных и 12...30 м - для сегментных ферм. Шаг дощатых ферм в малоэтажном домостроении назначают от 0,5 до 2 м, шаг брусчатых и металлодеревянных ферм в покрытиях зданий - от 2 до 6 м.

Металлодеревянными фермами перекрывают пролеты больше 24 м. Узлы деревянных ферм крепятся гвоздями и болтами. В металлодеревянных фермах элементы, работающие на сжатие, изготовляют из древесины, работающие на растяжение – из стали.

 

Рис. Схемы фермы (вид спереди): а – деревянной; б – металлодеревянной

В современном строительстве применяются следующие типы ферм:

трапециевидные и сегментные - под рулонную кровлю;

- треугольные - под кровлю из волнистых асбестоцементных листов, стальную, черепичную и другие подобные кровли с уклонами 1/3,1/4.

Пролеты ферм составляют: 9...21 м (45 м) - для треугольных и 12...30 м - для сегментных ферм. Шаг дощатых ферм в малоэтажном домостроении назначают от 0,5 до 2 м, шаг брусчатых и металлодеревянных ферм в покрытиях зданий - от 2 до 6 м. Высота треугольных ферм в середине пролета между осями поясов назначается 1/5 пролета - при деревянном нижнем поясе и 1/6 - при металлическом нижнем поясе. Для сегментных ферм высота h = 1/ 6/... 1/ 8/. В треугольных и трапециевидных брусчатых фермах стыки верхнего пояса конструируют в узлах или вблизи узлов простым лобовым упором. Стыки нижнего пояса устраивают в середине длины панели или в центральном узле и перекрывают парными накладками на нагелях. При выборе типа решетки стремятся к уменьшению числа ее элементов и сокращению длины сжатых стержней, из-за опасности потери их устойчивости. Наиболее рациональна треугольная решетка. Элементы решетки ферм центрируются в узлах. Нижним поясам ферм при изготовлении придается строительный подъем /^ =1/200 пролета. При определении усилий в элементах фермы искажение геометрического очертания ферм строительным подъемом не учитывается.

Особенности деревянных и металлодеревянных ферм:

1. Верхние пояса работают как правило на сжатие с изгибом, т.е. пояса почти всегда неразрезные.

2. Верхние пояса всегда из дерева, нижний пояс может быть из МК или дерева. Если пояс металлический — форма металлодеревянная.

Причина: дерево при растяжении хрупкий материал, сильно влияют пороки, сложно решить стыки для нижнего пояса в дереве.

3. Решетка — сжатая → деревянная

растянутая →в металле или дереве.

4. Огнестойкость очень мала около 15 мин.

Фермы.

Особенности:

1. Верхние пояса работают как правило на сжатие с изгибом, т.е. пояса почти всегда неразрезные.

2. Верхние пояса всегда из дерева, нижний пояс может быть из МК или дерева. Если пояс металлический — форма металлодеревянная.

Причина: дерево при работе на растяжение разрушается хрупко, сильно влияют пороки.

Решетка ферм в сжатых стержнях выполняется из древесины, а в растянутых из стали или из древесины.

3. Огнестойкость ферм очень мала - около 15 мин.

 

· Фермы на зубчатых металлических пластинах.

Во всем мире половина ферм на зубчатых пластинах, при этом может быть любой тип решетки. Фермы используются в жилых домах.

Имеет место огромная скорость изготовления ферм. Например, два человека собирают 300 ферм в смену пролетом 24м.

Зубчатые пластины толщиной t=2÷3мм. Используется очень качественная сталь с относительным удлинением до 40%. Под каждую пластину подбирают свою сталь. За рубежом эти прокладки известны как генг нейл.

Это пластинки нагельного типа.

 

· Треугольные фермы.

Верхний пояс усилен шпренгелем.

Высокая транспортабельность.

Также называют треугольные, четырехпанельные, шестипанельные.

· Сегментные фермы.

 

Самые легкие (если верхний пояс неразрезной).

Верхний пояс могут делать разрезным из отдельных клееных блоков длиной около 6м, а в узлах металл.

Ферма с полураскосной решеткой (самая длинная ферма):

· Многоугольные фермы.

Верхний пояс это неразрезная двухпролетная балка.

· Пятиугольные (трапециевидные) фермы.

Со сжатым или растянутым опорным раскосом.

· Ферма на лобовых врубках.

L_max==47м (Москва — манеж 1817г).

Особенности расчета верхнего пояса фермы.

Это сжатоизогнутый стержень.

Задано: прочность верхнего пояса

М_пол—полный момент.

М_пол= М_q- М_N

М_N=N-e_ср

e_ср=

М_q=

ξ—учитывает деформации оси при совместном действии Q и N/

ξ=1- ; λ_k=

Если верхний пояс криволинейный.

Здесь нет эксцентриситета в узлах.

Разгрузка М_N образуется за счет стрелы подъема f_о

λ_k=

Все остальное тоже (аналогично предыдущему).

 

Используются чаще всего металлодеревянные фермы, где нижний пояс, как правило, металлический.

Все элементы из дерева, а соединительные детали из металла или пластмассы.

Достоинство этих ферм - малый вес, а недостаток- малая огнестойкость и большая трудоёмкость.

 

Типовые серии разработанные для металлодеревянных ферм.

-треугольные фермы для сельскохозяйственных строений, размерами 18 и 24 м.

 

 

Фермы для одноэтажных промышленных зданий.

L=24 м.

 

Металлодеревянные сегментные фермы с неразрезным верхним поясом.

L=15, 18, 21, 24 м.

Схема изменяется в f (l).

Самые лёгкие фермы.

 

Не типовые решения

1.Сегментные металлодеревянные фермы с клееным верхним поясом.

Пролет ферм обычно до 36 м. Высота ферм h_ф в зависимости от пролета L равна h_ф =(1/6-1/7) L. Например для фермы пролетом 24 м шаг узлов принимают примерно 6м.

 

При увеличении пролёта до 60 м используют полураскосную решётку.

В сегментных фермах усилие в решётке настолько мало, что сечение подбирают по предельной гибкости.

 

 

2. Брусчатые фермы.

 

3. Треугольные фермы.

а) 4-х панельные.

 

 

 

Типовые для сельскохозяйственного строительства.

 

 

 

б) 6-ти панельные.

 

 

 

4.Трапециевидные или пятиугольные фермы.

 

а) сжатый опорный раскос.

б) растянутый опорный раскос - металлический.

Сильно напряженная решетка, трудно решаются узлы.

 

5.Фермы на лобовых врубках.

 

 

6.Фермы с накладками в узлах. Накладки - это зубчатые металлические пластины (генд нейл).

 

Накладка-это тонкая металлическая пластина нагельного типа толщиной 1,5-2 мм. изготавливаемая штамповкой из качественной стали с относительным удлинением . Нагели пластины за счет конструктивного исполнения должны обеспечивать хорошую работу на сдвиг в узле выдёргивание после запрессовки.

Фермы могут иметь любое очертание и схему решетки.

 

Особенности проектирования ферм.

При изготовлении ферм задают строительный подъём равный L.

Верхние пояса работают, как правило, с вне узловой нагрузкой и рассчитываются как сжато-изогнутые стержни. Податливость узлов значительно больше, чем в МК, ЖБК и т.д.

Прогибы реальных ферм больше выычисленных по Мору в связи с деформациями древесины в узлах.

 

 

Особенности расчёта сжатых верхних поясов.

 

При ;

а) Криволинейный верхний пояс, верхний пояс из блоков.

 

Проверка прочности по краевым напряжениям с учётом деформированной схемы.

 

 

 

б) Верхний пояс прямолинейный.

 

назначаются с учётом местного смятия в узлах.

 

Здесь нет эксцентриситета в узлах.

Разгрузка М_N образуется за счет стрелы подъема f_о

λ_k=

Все остальное тоже (аналогично предыдущему).